碳鋼換熱管束遠(yuǎn)場渦流檢測缺陷分析

魏培生

（中國石油獨(dú)山子石化公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

某重整芳烴裝置需要對一臺換熱器管束進(jìn)行腐蝕狀況檢測，管束材質(zhì)為20#鋼、規(guī)格φ25×2.5mm。經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，換熱器管束整體存在不同程度的點(diǎn)腐蝕、管束存在局部區(qū)域均勻減薄。根據(jù)使用過程中可能產(chǎn)生的缺陷形態(tài)，取其相同材料、規(guī)格的管束制作對比試樣，并依據(jù)NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測》實(shí)施遠(yuǎn)場渦流檢測。檢測設(shè)備選用加拿大Russell 公司的F308 型遠(yuǎn)場渦流檢測系統(tǒng)，對壁厚減薄、點(diǎn)腐蝕等缺陷有很好的檢測能力。

1 對比試樣缺陷波形分析

制作對比試樣。管束材質(zhì)20#鋼、規(guī)格φ25×2.5mm。依據(jù)其可能產(chǎn)生的缺陷形態(tài)，在樣管上加工含均勻減薄、點(diǎn)腐蝕類型的缺陷，如圖1 所示。

圖1 對比試樣示意圖

1.1 絕對通道信號波形分析

絕對通道的檢測數(shù)據(jù)主要適用于大范圍漸變?nèi)毕莸臋z測，通過測量絕對通道中缺陷信號的相位角判定管壁減薄量即缺陷深度，缺陷深度與相位角存在線性關(guān)系。調(diào)整頻率f1以獲取一個相位的度數(shù)，該度數(shù)等同于周向凹槽的深度百分比。例如，周向凹槽深度是20%，要調(diào)整相位約為20°，較高的頻率產(chǎn)生一個較大的相移。對于絕對通道應(yīng)用遠(yuǎn)場檢測數(shù)據(jù)分析，在無缺陷處相移為零，僅需一個C 型缺陷（圖1）即周向凹槽缺陷即可完成缺陷校準(zhǔn)，如表1。校準(zhǔn)完成后，絕對通道缺陷深度與信號相位角存在線性關(guān)系。

1.2 差分通道信號波形分析

差分通道適用于檢測局部腐蝕或小缺陷。差分通道檢測信號相位旋轉(zhuǎn)前，條狀圖上X 軸的水平分量含有缺陷信號、管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號。設(shè)缺陷信號幅值為Z1、Z2、Z3……, 干擾信號幅值為A1、A2、A3……，條狀圖上X 軸的水平分量可表示為Z1cosθ1、Z2cosθ2、Z3cosθ3、A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6……（θ 為XY 電壓圖上信號與X 軸的夾角）?？芍扇毕菀鸬男盘朲1≠Z2≠Z3，θ1≠θ2≠θ3，在管束完好部位，由管束電磁性能差異或其他因素引起的干擾波形信號A1≠A2≠A3，θ4≈θ5≈θ6。若令條狀圖上X 軸的水平分量A1cosθ4、A2cosθ5、A3cosθ6等于零，X 軸上水平分量只含有缺陷信號，有利于檢測人員判定缺陷信號。選取一段波形信號，在XY 電壓圖上旋轉(zhuǎn)信號相位，當(dāng)干擾信號相位角θ4≈θ5≈θ6＝90°時，缺陷信號就能易于識別，見表2。

表1 絕對通道校準(zhǔn)

表2 相位旋轉(zhuǎn)前后X 軸水平分量波形比較

差分通道信號調(diào)整完畢后，通過測量試樣管上兩個（或兩個以上），20%T ～80%T 深的突變性缺陷信號相對X 軸的相位角，在平面坐標(biāo)圖中描繪出相應(yīng)缺陷深度-相位角的數(shù)據(jù)點(diǎn)，找出缺陷深度與相位角度的關(guān)系，在現(xiàn)場檢測過程中，可以依據(jù)缺陷深度-相位角的關(guān)系判定突變性缺陷的深度(T為管束公稱壁厚)。

表3 缺陷深度與相位角檢測結(jié)果

在差分通道中，管束完好部位由管束電磁性能差異引起的干擾信號相位旋轉(zhuǎn)后的相位角約為90°。在表2 中，相位旋轉(zhuǎn)后的干擾信號相位角為87.32°，以表3 中的數(shù)據(jù)繪制出缺陷深度與相位角的對應(yīng)關(guān)系。以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點(diǎn)、坑、槽類缺陷、以缺陷F 為代表的通孔（深孔）類缺陷、以缺陷D 為代表的短周向類缺陷的關(guān)系曲線全部通過關(guān)系圖中的點(diǎn)（87.32°，0）。差分通道校準(zhǔn)時，選取以缺陷A、B、E 為代表的腐蝕點(diǎn)、坑、槽類缺陷得出缺陷深度-相位角的關(guān)系，再將此關(guān)系曲線附加給相應(yīng)的差分通道，最終完成校準(zhǔn)過程。儀器校準(zhǔn)后，可以直接顯示缺陷的百分比損失量，如圖2 所示。

圖2 缺陷深度與相位角的對應(yīng)關(guān)系

1.3 差分通道校準(zhǔn)后的測量誤差

遠(yuǎn)場渦流檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷信號以波形方式顯示，不能對缺陷進(jìn)行定性分析，得出的百分比損失量也存在一定誤差。

在表4 中，缺陷A、B、D、E 的絕對誤差＜5%T，通孔F的測量偏差最大?，F(xiàn)場檢測時，遇到信號相位角在40°附近時，需要多次復(fù)查、確認(rèn)，避免通孔、深孔類缺陷深度誤判或漏檢。

2 現(xiàn)場檢測應(yīng)用

碳鋼換熱管束部分檢測數(shù)據(jù)。

表4 缺陷實(shí)際深度與儀器檢測結(jié)果的對比

表5 碳鋼換熱管束部分檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

（1）通過對檢測數(shù)據(jù)的分析，使用遠(yuǎn)場渦流技術(shù)能有效檢出碳鋼換熱管束上存在的局部均勻腐蝕、點(diǎn)腐蝕等缺陷。

（2）分析缺陷部位各檢測通道的信號波形，通過測量信號的相位角可以判定腐蝕部位的深度，但不能區(qū)分內(nèi)外壁缺陷。

（3）對于較小缺陷常因檢測信號幅值太小，如小于1.25 倍壁厚通孔當(dāng)量的缺陷會被淹沒在干擾信號中，存在一定漏檢概率。

（4）對于管束上可觀察到的腐蝕部位，應(yīng)注意觀察腐蝕形貌，有助于缺陷數(shù)據(jù)的分析和缺陷性質(zhì)的判定。